河北大学自动控制原理实验四报告含结果分析
自动控制原理实验报告
实验报告课程名称：自动控制原理实验项目：典型环节的时域相应实验地点：自动控制实验室实验日期：2017 年 3 月22 日指导教师：乔学工实验一典型环节的时域特性、实验目的1.熟悉并掌握TDN-ACC设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异，分析原因。
3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
、实验设备PC 机一台，TD-ACC+或TD-ACS)实验系统一套。
三、实验原理及内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1比例环节(P)(1)方框图Ui(S) ----------------- Uo(S)------------- *K --------------------- >U O ISU K⑵传递函数：Ui(S)⑶阶跃响应：U o(t)=K (t _0) 其中K r R i/R。
(4)模拟电路图：⑸ 理想与实际阶跃响应对照曲线:① 取R0 = 200K ; R1 = 100K。
②取R0 = 200K ; R1 = 200K。
比例环节反相器Uo丰Ui(t)1 __________________________Uo (t)Uo XUi(t)1 __________________________Uo(t)⑷模拟电路图(5)理想与实际阶跃响应曲线对照:①取R0 = 200K ； C = 1uF。
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线Uo 4Uo d h/无穷/ Uo(t)//------------ 1 0V/ Uo (t)1Ui(t)1 /Ui(t)0 0.2 s t 0 0.2 s t②取R0 = 200K ； C = 2uF。
2.积分环节(I)(1)方框图(2)传递函数:⑶阶跃响应:Ui(S)1Uo(S)TSUo (S) 1Ui (S) - TS1Uo(t) =_ t (t >0) T =R)CT其中积分环节反相器+U i(S) +-+U o(S)1⑸理想与实际阶跃响应曲线对照:①取R0 = R1 = 200K ； C = 1uF。
《自动控制原理》自动控制PID实验报告
《自动控制原理》自动控制PID实验报告课程名称自动控制原理实验类型：实验项目名称：自动控制PID一、实验目的和要求1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。
二、实验内容和原理一）任务设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。
具体实验容如下：1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。
总结比例（P）控制的规律。
2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。
总结比例积分（PI）控制的规律。
3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；66 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Kd 的变化情况。
自动控制原理实验报告
⾃动控制原理实验报告实验名称：实验⼀控制系统建模的Matlab ⽅法实验时间：实验地点：实验⽬的：1.了解Matlab 软件的基本使⽤⽅法 2.掌握常⽤的系统建模命令实验内容：1.⽤Matlab 描述6852)(232++++=s ss ss G⽅法⼀： fenzi=[1 0 2]; fenmu=[1 5 8 6]; g=tf(fenzi,fenmu) ⽅法⼆：g=tf([1 0 2],[1 5 8 6])2.已知某系统的传递函数为6852)(23++++=s ss s s G ，绘制系统的零极点分布图。
运⾏程序并记录结果。
num=[1 2]; den=[1 5 8 6];[z,p,k]=tf2zp(num,den) pzmap(p,z) 3.已知441)(221+++=s ss s G ，61)(2+=s s G ，101)(++=s s s H ，求化简结果。
g1=tf([1 0 1],[1 4 4]); g2=tf([1],[1 6]); sys1=series(g1,g2)sys2=parallel(g1,g2)h=tf([1 1],[1 10]); sys3=feedback(sys1,h)实验名称：实验⼆线性系统时域分析的Matlab ⽅法实验时间：实验地点：实验⽬的：1.掌握线性系统时域分析的常⽤命令 2.能编程实现系统时域分析3.进⼀步熟悉Matlab 软件的使⽤实验内容：1.已知系统的特征⽅程为05432234=++++s s s s ，求系统特征根 p=[1 2 3 4 5]; r=roots(p)2.某⼆阶系统的闭环传递函数为222)(nn nw s w sw s G ++=ξ，其中s rad w n /5=，编程实现不同阻尼⽐情况下⼆阶系统单位阶跃响应的仿真。
写出对语句的注释。
fenzi=[25]; k1=-0.5; k2=0; k3=0.7; k4=1.0; k5=1.2; fenmu1=[1 2*k1*5 25]; fenmu2=[1 2*k2*5 25]; fenmu3=[1 2*k3*5 25]; fenmu4=[1 2*k4*5 25]; fenmu5=[1 2*k5*5 25];t=0:0.1:10;c1=step(fenzi,fenmu1,t); c2=step(fenzi,fenmu2,t); c3=step(fenzi,fenmu3,t); c4=step(fenzi,fenmu4,t); c5=step(fenzi,fenmu5,t); figure plot(t,c1)title('阻尼⽐-0.5') gridfigure plot(t,c2)title('阻尼⽐0')gridfigureplot(t,c3,t,c4,t,c5); xlabel('时间') ylabel('输出') grid实验名称：实验三线性系统根轨迹分析的Matlab ⽅法实验时间：实验地点：实验⽬的：1.掌握线性系统根轨迹分析的Matlab ⽅法 2.能编程绘制已知系统的根轨迹 3.掌握分析仿真结果的⽅法实验内容：1.已知单位负反馈系统的开环传递函数为)15.0)(12.0()(1++=s s s Ks G ，)12()1()(2++=s s s K s G，)3)(2()5()(1+++=s s s s K s G ，分别编程绘制系统根轨迹，并记录仿真结果。
自动控制原理实验报告四
自动控制原理实验报告实验时间：201Ｘ年Ｘ 月Ｘ 日 地点：ＸＸＸＸ 实验报告人（签名）：倪马 同组实验人（签名）：1 实验名称：线性系统的频域分析2 实验目的：(1)掌握二阶开环系统的对数频率特性、幅相频率特性、实频特性和虚频特性；(2)掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率、阻尼比对开环参数幅值穿越频率、相位裕度的影响，以及幅值穿越频率和相位裕度的计算；(3)掌握二阶开环系统对数频率特性曲线和幅相频率特性曲线的特点及绘制方法。
3 实验内容：（1）根据实验讲义上模拟电路图和接线要求，在LabACTn 自控／计控原理实验机的对应接口上连接好线路；（2）根据实验讲义的具体要求进行“运行”操作，并观察实验曲线，根据曲线计算对应参数——一阶惯性环节的转折频率、二阶闭环系统的谐振频率r ω&谐振峰值)(r L ω，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图。
4 实验步骤 4.1 实验操作4.1.1 一阶惯性环节的频率特性曲线惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。
一阶惯性环节的转折频率：T /1=ω图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路图3-2-1电路的增益K=1，惯性时间常数 T=0.1，转折频率：s /1rad .0/1==T ω 实验内容及步骤（1）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及插孔连线。
（2）运行、观察、记录：① 选择系统的频域分析／一阶惯性环节频率特性曲线，将弹出频率特性扫描点设置表，用户可在…频率特性扫描点‟设置表中根据需要填入各个扫描点角频率，设置完后，点击《确认》后，将弹出…频率特性曲线‟实验界面，点击《开始》，即可按表中规定的角频率值，按序自动产生多种频率信号，画出频率特性曲线。
② 测试结束后（约五分钟），将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），界面“显示选择”选择了“伯德图”。
自控原理实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。
2. 掌握典型环节的数学模型及其在控制系统中的应用。
3. 熟悉控制系统的时间响应和频率响应分析方法。
4. 培养实验操作技能和数据处理能力。
二、实验原理自动控制原理是研究控制系统动态性能和稳定性的一门学科。
本实验主要涉及以下几个方面：1. 典型环节：比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节等。
2. 控制系统：开环控制系统和闭环控制系统。
3. 时间响应：阶跃响应、斜坡响应、正弦响应等。
4. 频率响应：幅频特性、相频特性等。
三、实验内容1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节- 积分环节- 比例积分环节- 比例微分环节- 比例积分微分环节2. 典型环节的频率响应- 幅频特性- 相频特性3. 二阶系统的阶跃响应- 上升时间- 调节时间- 超调量- 峰值时间4. 线性系统的稳态误差分析- 偶然误差- 稳态误差四、实验步骤1. 典型环节的阶跃响应- 搭建比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的实验电路。
- 使用示波器观察并记录各个环节的阶跃响应曲线。
- 分析并比较各个环节的阶跃响应曲线，得出结论。
2. 典型环节的频率响应- 搭建比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的实验电路。
- 使用频率响应分析仪测量各个环节的幅频特性和相频特性。
- 分析并比较各个环节的频率响应特性，得出结论。
3. 二阶系统的阶跃响应- 搭建二阶系统的实验电路。
- 使用示波器观察并记录二阶系统的阶跃响应曲线。
- 计算并分析二阶系统的上升时间、调节时间、超调量、峰值时间等性能指标。
4. 线性系统的稳态误差分析- 搭建线性系统的实验电路。
- 使用示波器观察并记录系统的稳态响应曲线。
- 计算并分析系统的稳态误差。
五、实验数据记录与分析1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节：K=1，阶跃响应曲线如图1所示。
- 积分环节：K=1，阶跃响应曲线如图2所示。
自动控制原理实验报告分析
湖南工业大学控制理论实验报告指导老师:学院:班级:姓名/学号:实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
二、实验内容1．对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二) 表一：典型环节的方块图及传递函数2．测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。
3．改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。
三、实验内容及步骤1．观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
①准备：使运放处于工作状态。
将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。
②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。
具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y 端输出信号。
以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。
实验步骤：①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。
(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。
③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。
2．观察PID环节的响应曲线。
实验步骤：①将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。
自动原理实验报告总结
一、实验背景自动控制原理是自动化技术领域的基础课程，旨在使学生掌握自动控制的基本理论、分析方法及实验技能。
本次实验通过对典型环节的模拟研究，加深了对自动控制原理的理解和应用。
二、实验目的1. 理解自动控制系统的基本组成和原理；2. 掌握典型环节的数学模型和传递函数；3. 学会运用MATLAB软件进行控制系统仿真；4. 分析典型环节的时域响应和频率响应。
三、实验内容1. 典型环节的数学模型和传递函数；2. 典型环节的时域响应和频率响应；3. MATLAB软件在控制系统仿真中的应用。
四、实验步骤1. 设计典型环节的数学模型和传递函数；2. 利用MATLAB软件进行控制系统仿真；3. 分析仿真结果，验证理论分析的正确性；4. 对仿真结果进行总结和讨论。
五、实验结果与分析1. 一阶环节的时域响应和频率响应（1）时域响应：一阶环节的时域响应为指数函数，其上升时间、稳态误差等性能指标可通过传递函数进行计算。
（2）频率响应：一阶环节的频率响应为斜率为-20dB/dec的直线，相位滞后角为-90°。
2. 二阶环节的时域响应和频率响应（1）时域响应：二阶环节的时域响应为正弦函数，其上升时间、超调量、稳态误差等性能指标可通过传递函数进行计算。
（2）频率响应：二阶环节的频率响应为斜率为-40dB/dec的直线，相位滞后角为-90°。
3. MATLAB软件在控制系统仿真中的应用利用MATLAB软件进行控制系统仿真，可以方便地观察和分析系统的时域响应和频率响应。
通过改变系统参数，可以研究不同参数对系统性能的影响。
六、实验结论1. 通过本次实验，加深了对自动控制原理的理解，掌握了典型环节的数学模型和传递函数；2. 学会了利用MATLAB软件进行控制系统仿真，能够方便地观察和分析系统的性能；3. 了解了系统参数对系统性能的影响，为实际工程应用提供了理论依据。
七、实验体会1. 自动控制原理是自动化技术领域的基础课程，掌握自动控制原理对于从事自动化领域的研究和工程应用具有重要意义；2. 实验是学习自动控制原理的重要手段，通过实验可以加深对理论知识的理解，提高实践能力；3. MATLAB软件在控制系统仿真中具有强大的功能，能够方便地观察和分析系统的性能，为工程应用提供了有力支持。
自动控制原理实验报告
实验课程名称 实验项目名称实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理 与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。
【实验目的】1、 会用PID 法设计球杆系统控制器;2、 设计并验证校正环节；【实验仪器】1、 球杆系统；2、 计算机，Matlab 平台；【实验原理】1、PID 简介PID 的控制算法有很多，不同的算法各有其针对性。
图 2.2.1，图2.2.2，图2.2.3给 出了三种不同的算法。
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是 PID 控制。
模拟PID控制系统原理框图如图3.2.1所示。
学生实验报告自动控制原理 实验二PID 校正系统由模拟PID 控制器和被控对象组成技世列口理N 慕笛甩用扭用期 m 雀莎先行pm 控制也尉mK 2JJ 蚀 HD (MUMPID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值 rt 与实际输出值yt 构成控制偏差etet 二rt -y t ( 2.2.1)将偏差的比例P 、积分I 和微分D 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制, 故称PID 控制器。
其控制规律为或写成传递函数的形式=K p 1+丄 +T D S (2.2.3)I T i S 丿式中：K p ——比例系数；T |——积分时间常数；T D ——微分时间常数 在控制系统设计和仿真中，也将传递函数写成式中：K P ——比例系数；K |——积分系数；K D ——微分系数。
上式从根轨迹角度看， 相当于给系统增加了一个位于原点的极点和两个位置可变的零点。
简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下：A 、 比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号 et ，偏差一旦产生，控制器立即产生 控制作用，以减少偏差。
B 、 积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的型别。
积分作用的强弱取决于积分时间常数T |，T |越大，积分作用越弱，反之则越强。
C 、 微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
自动控制原理实验报告
《自动控制原理》实验报告姓名：学号：专业：班级：时段：成绩：工学院自动化系实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验原理1．比例环节的传递函数为K R K R R RZ Z sG 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
三、实验内容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。
① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=四、实验结果及分析① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形② 仿真模型及波形图11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G 11)(1+=s s G 15.01)(2+=s s G③ 积分环节ss G 1)(1=④ 微分环节⑤ 比例+微分环节（PD ）⑥比例+积分环节（PI）五、分析及心得体会实验二线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、基础知识及MATLAB 函数（一）基础知识时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。
自动控制原理实验报告
实验报告课程名称： 自动控制原理 实验项目： 典型环节的时域相应 实验地点： 自动控制实验室实验日期： 2017 年 3 月 22 日(5)理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节 (I) (1)方框图(2)传递函数： TS S Ui S Uo 1)()(=(3)阶跃响应： )0(1)(≥=t t Tt Uo 其中 C R T 0=(4)模拟电路图(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。
② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
3．比例积分环节 (PI) (1)方框图：模拟电路图：②取 R0=R1=200K ；C=2uF 。
+Uo10VU o(t)2 1U i(t ) 00 .tUo无穷U o(t)21U i(t )0 .2st理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线① 取R0 = R2 = 100K ，R3 = 10K ，C = 1uF ；R1 = 100K 。
② 取R0=R2=100K ，R3=10K ，C=1uF ；R1=200K 。
6.比例积分微分环节 (PID) (1)方框图：(2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图：Uo无穷U o(t)2 1U i(t )0 .4stUo10VUo(t)2 1U i(t )0 .4stKp+ U i(S)1 Ti S+U o(S)+ +Td S(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 100K。
②取 R2 = R3 = 10K，R0 = 100K，C1 = C2 = 1uF；R1 = 200K。
四、实验步骤及结果波形1.按所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。
检查无误后开启设备电源。
2.将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。
河北大学 自动控制原理 实验四报告(含结果分析)
实验4 频率响应分析一 实验要求掌握应用MATLAB 绘制系统Bode 图和Nyquist 图的方法，并通过系统的Bode 图和Nyquist 图分析系统的动态性能、稳定性和相对稳定性。
二 实验步骤1 系统Nyquist 曲线的绘制（1）掌握系统极坐标（Nyquist ）图绘制的函数nyquist()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法）（2）在Matlab 中输入课本162页例5－14的程序，观察并记录结果。
利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本162-163页例5－15的程序，观察并记录结果(包括系统函数和Nyquist 图)，利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（4）在Matlab 中输入下面例子的程序，观察并记录结果，利用轴函数axis （）绘出在一定区域内的曲线，或用放大镜工具放大，进行稳定性分析。
例：已知系统的开环传递函数为101781000)(230+++=s s s s G 绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
Matlab 命令窗口输入： >> num=[1000];>> den=[1 8 17 10];>> nyquist(num,den);grid2 系统Bode 图的绘制（1）掌握系统对数频率特性曲线（Bode ）图绘制的函数bode()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法） （2）在Matlab 中输入课本164页例5－16的程序，观察并记录结果。
计算系统稳定裕量（相角稳定裕量和增益稳定裕量）分析系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本164-165页例5－17的程序，观察并记录结果。
并分析阻尼系数对系统幅频特性和相频特性的影响。
三 思考题1 已知系统的开环传递函数为 12.124.22420)(230+++=s s s s G （1）绘制系统的开环零极图、Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
河北大学 自动控制原理 实验四报告(含结果分析)
实验4 频率响应分析一 实验要求掌握应用MATLAB 绘制系统Bode 图和Nyquist 图的方法，并通过系统的Bode 图和Nyquist 图分析系统的动态性能、稳定性和相对稳定性。
二 实验步骤1 系统Nyquist 曲线的绘制（1）掌握系统极坐标（Nyquist ）图绘制的函数nyquist()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法）（2）在Matlab 中输入课本162页例5－14的程序，观察并记录结果。
利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本162-163页例5－15的程序，观察并记录结果(包括系统函数和Nyquist 图)，利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（4）在Matlab 中输入下面例子的程序，观察并记录结果，利用轴函数axis （）绘出在一定区域内的曲线，或用放大镜工具放大，进行稳定性分析。
例：已知系统的开环传递函数为101781000)(230+++=s s s s G 绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
Matlab 命令窗口输入： >> num=[1000];>> den=[1 8 17 10];>> nyquist(num,den);grid2 系统Bode 图的绘制（1）掌握系统对数频率特性曲线（Bode ）图绘制的函数bode()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法） （2）在Matlab 中输入课本164页例5－16的程序，观察并记录结果。
计算系统稳定裕量（相角稳定裕量和增益稳定裕量）分析系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本164-165页例5－17的程序，观察并记录结果。
并分析阻尼系数对系统幅频特性和相频特性的影响。
三 思考题1 已知系统的开环传递函数为 12.124.22420)(230+++=s s s s G （1）绘制系统的开环零极图、Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告自动控制原理实验报告实验一、典型环节的时域响应一．实验目的1.熟悉并掌握TD-ACC+（TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟控制电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异、分析原因。
3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二．实验设备PC机一台，TD-ACC+（TD-ACS）实验系统一套。
三．实验内容1.比例环节2.积分环节3.比例积分环节4.惯性环节5.比例微分环节6.比例积分微分环节四、实验感想在本次实验后，我了解了典型环节的时域响应方面的知识，并且通过实践，实现了时域响应相关的操作，感受到了实验成功的喜悦。
实验二、线性系统的矫正一、目的要求1．掌握系统校正的方法，重点了解串联校正。
2．根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数二、仪器设备PC 机一台，TD-ACC+(或 TD-ACS)教学实验系统一套。
三、原理简述所谓校正就是指在系统中加入一些机构或装臵(其参数可以根据需要而调整)，使系统特性发生变化，从而满足系统的各项性能指标。
按校正装臵在系统中的连接方式，可分为：串联校正、反馈校正和复合控制校正三种。
串联校正是在主反馈回路之内采用的校正方式，串联校正装臵串联在前向通路上，一般接在误差检测点之后和放大器之前。
本次实验主要介绍串联校正方法。
1．原系统的结构框图及性能指标对应的模拟电路图2．期望校正后系统的性能指标3．串联校正环节的理论推导四、实验现象分析校正前：校正后：校正前：校正后：六、实验心得次实验让我进一步熟悉了TD-ACC+实验系统的使用，进一步学习了虚拟仪器，更加深入地学习了自动控制原理，更加牢固地掌握了相关理论知识，激发了我理论学习的兴趣。
实验三、线性系统的频率响应分析一、实验目的1．掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。
2．掌握实验方法测量系统的波特图。
二、实验设备PC机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套。
《自动控制原理》实验报告讲述
《自动控制原理》实验报告姓名：学号：班级：11电气1班专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院2013年12月目录实验一、典型环节的模拟研究实验二、二阶系统的阶跃响应分析实验三、线性系统的稳态误差分析实验四、线性系统的频率响应分析实验一典型环节的模拟研究1.1 实验目的1、熟悉并掌握TD-ACS设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2、熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
1.2 实验设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套。
1.3 实验原理及内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1. 比例环节(P)(1) 方框图：如图1.1-1 所示。
图1.1-1(2) 传递函数：Uo(S)/Ui(S)=K(3) 阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0(4) 模拟电路图：图1.1-2注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线：①取R0 = 200K；R1 = 100K。
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线2．积分环节(I)(1) 方框图：如右图1.1-3 所示。
图1.1-3(2) 传递函数：错误!未找到引用源。
(3) 阶跃响应：Uo(t) = 错误!未找到引用源。
(t 0) 其中T=R0C(4) 模拟电路图：如图1.1-4 所示。
图1.1-4(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0 = 200K；C = 1uF。
3．比例积分环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5 所示。
图1.1-5(2) 传递函数：错误!未找到引用源。
(3)阶跃响应：Uo(t)=K+t/T(t) (t 0) 其中K=Ri/Ro; T=RoC(4) 模拟电路图：见图1.1-6图1.1-6(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。
自动控制第四次实验报告
装订线实验报告实验名称：采样系统的稳定性分析电气工程及其自班1102班系电气工程系专业动化姓名张婷学号0909110526 授课老师韩华预定时间2013、6、7 实验时间2013、6、7 实验台号30 LF398 采样－保持器功能的原理方块图装订线连续信号x(t) 经采样器采样后变为离散信号x*(t)，香农 (Shannon) 采样定理指出，散闭环采样控制系统(2)模拟电路图订线订线装订线方波周期T=100S线方波周期T=180S方波周期T=200S线线线装 订 线连续信号频谱)(ωj E 与采样信号频谱)(ωj E *(h s ωω2>)的频谱|)(|*ωj E ，是连续信号频谱)(ωj E 以采样角频率s ω为周期的无穷多个频谱的所示。
其中，0=n 的频谱称为采样频谱的主分量，如曲线1所示，它与连续频谱装订线图6-8 理想低通滤波器的频率特性6-9 连续信号频谱)(ωj E 与采样信号频谱)(*ωj E (2s h ωω<)的比较香农采样定理装订线图6-10 零阶保持器的脉冲响应图6-11 零阶保持器的频率特性装订线 图6-12 零阶保持器的输出特性零阶保持器使采样信号)(*t e 变成阶梯信号)(t e h 。
如果把阶梯信号)(t e h 的中点连接起来，如图中点划线所示，则可以得到与连续信号)(t e 形状一致但在时间上落后2T 的响应当于给系统增加了一个延迟时间为2T 的延迟环节，使系统总的相角滞后增大，对系统的稳定性不利，这与前面零阶保持器相频分析结果是一致的。
、采样周期对系统稳定性的影响, 极点P ,转换为，可是没有简单的转换式仲连续系统的零点进。
自动控制原理实验报告(自动化专业电子版)
精心整理自动控制原理实验报告课程编号：ME3121023专业班级实验目的和要求：通过自动控制原理实验牢固地掌握《自动控制原理》课的基本分析方法和实验测试手段。
能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。
通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。
一、12341分环节和比例积分微分环节。
2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。
3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。
（三）、实验要求：1、仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。
2、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达式，并计算各典型环节的时域输出响应和相应参数（K、T）。
3、分别画出各典型环节的理论波形。
5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。
（四）、实验原理：实验原理及实验设计：1．2．3．时域输出响应：4．比例积分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：5．比例微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：6．123、123的原因。
（七）、记录实验数据：、实测实验二二阶系统的性能研究（一）、实验目的：通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。
（二）、实验内容：1、二阶系统的时域动态性能研究；（三）、实验要求：1、做好预习，根据实验原理图所示相应参数，写出系统的开环，闭环传递函数。
（八）、思考与讨论：将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。
实验三系统时域分析实验（一）、实验目的：1、深入掌握二阶系统的性能指标同系统闭环极点位置的关系。
2、掌握高阶系统性能指标的估算方法及开环零、极点同闭环零、极点的关系。
3、能运用根轨迹分析法由开环零极点的位置确定闭环零极点的位置。
自动控制原理实验四报告
对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度/秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以dB表示；相角，以度表示。
MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图，其用法如下：
bode(a,b,c,d,iu)：可得到从系统第iu个输入到所有输出的波特图。
bode(num,den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。
bode(a,b,c,d,iu,w)或bode(num,den,w)：可利用指定的角频率矢量绘制出系统的波特图。
当带输出变量[mag,pha,w]或[mag,pha]引用函数时，可得到系统波特图相应的幅值mag、相角pha及角频率点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转换为分贝单位：magdb=20×log10(mag)
3.控制系统的开环频率特性分析
二、实验设备及要求
电脑、MATLAB软件
要求：1.预习Bode图和Nyquist图的画法；
2.映射定理的内容；
3.Nyquist稳定性判据内容。
三、基础知识及MATLAB函数
1.奈奎斯特图（幅相频率特性图）
对于频率特性函数G(jw)，给出w从负无穷到正无穷的一系列数值，分别求出Im(G(jw))和Re(G(jw))。以Re(G(jw))为横坐标，Im(G(jw))为纵坐标绘制成为极坐标频率特性图。
5．
6． ，要求：
(a)作波特图
(b)由稳定裕度命令计算系统的稳定裕度 和 ，并确定系统的稳定性
5、实验结果与数据处理
1.用Matlab作Bode图.要求:画出对应Bode图,并加标题.
（1）
自动控制原理实验四
一、实验目的和要求（必填）1、学习并掌握利用MATLAB编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结pid控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结pid控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择pid控制规律和参数的规则。
二、实验内容和原理（必填）设计如图所示系统，进行实验及仿真程序,研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（pi）、比例微分（pd）及比例积分微分（pid）控制规律和控制器参数（匕、R、KQ不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。
具体实验容如下：1、比例（p）控制，设计参数、使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的匕值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数匕的变化情况。
总结比例（p）控制的规律。
2、比例积分（pi）控制，设计参数虬、4使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数、和K的变化情况。
总结比例积分（pi）控制的规律。
3、比例微分（pd）控制，设计参数虬、、使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；系统阶跃响应曲线图形③被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）Command Windowans .6. 3271 H figure 1Rle £dit View Insert Tools fiesktop Window Help。
沮日金|>|、鼠占®电届，|Q|D田| ■口epnx 友»rlocfind(p. Q)Select a point in th<selectedjoint •-5.9466 - 0.1176ians .9.4052>> rlocfind(p. q)Select a point in th<selected_point ■-7.7065 - 7.8039ians •115.3096比例根轨迹图选取k=6. 3. k=9. 4, k=115. 3Step ResponseStep Response°0 1 25 6Time (sec)8 6 4 2 o.o.o.o.0 1 23456789 10Time (sec)5 6Tme (sec)201510RootLocusStep Response8 9 102）复平面上：分别固定两个共轴开环零点的实部（或虚部），让虚部（或实部）处于三个不同位置，绘制根轨迹图并观察其变化；在根轨迹图上选择主导极点，确定相应的控制器参 数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定六种情况下系统性能指标随参数Kp 、Ki 和Kd 的变化情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验4 频率响应分析一 实验要求掌握应用MATLAB 绘制系统Bode 图和Nyquist 图的方法，并通过系统的Bode 图和Nyquist 图分析系统的动态性能、稳定性和相对稳定性。
二 实验步骤1 系统Nyquist 曲线的绘制（1）掌握系统极坐标（Nyquist ）图绘制的函数nyquist()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法）（2）在Matlab 中输入课本162页例5－14的程序，观察并记录结果。
利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本162-163页例5－15的程序，观察并记录结果(包括系统函数和Nyquist 图)，利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（4）在Matlab 中输入下面例子的程序，观察并记录结果，利用轴函数axis （）绘出在一定区域内的曲线，或用放大镜工具放大，进行稳定性分析。
例：已知系统的开环传递函数为101781000)(230+++=s s s s G 绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
Matlab 命令窗口输入： >> num=[1000];>> den=[1 8 17 10];>> nyquist(num,den);grid2 系统Bode 图的绘制（1）掌握系统对数频率特性曲线（Bode ）图绘制的函数bode()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法） （2）在Matlab 中输入课本164页例5－16的程序，观察并记录结果。
计算系统稳定裕量（相角稳定裕量和增益稳定裕量）分析系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本164-165页例5－17的程序，观察并记录结果。
并分析阻尼系数对系统幅频特性和相频特性的影响。
三 思考题1 已知系统的开环传递函数为 12.124.22420)(230+++=s s s s G （1）绘制系统的开环零极图、Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（2）绘制系统的Bode 图，利用margin 函数求相角稳定裕量和增益稳定裕量，然后根据相较稳定裕量或增益稳定裕量分析系统的稳定性。
程序：num=20;den=[4 22.4 12.2 1];[z,p,k]=tf2zpk(num,den) figure(1)zplane(num,den)figure(2)nyquist(num,den)figure(3)bode(num,den)margin(num,den)参考 157页结果：z =p =-5.0000-0.5000-0.1000k =5-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5Real PartI m a g i n a r yP a r t-15-10-551015Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 10.5 dB (at 1.75 rad/sec) , Pm = 24 deg (at 0.928 rad/sec)Frequency (rad/sec)2 将思考题（1）中的开环比例系数增大为100，重新绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist稳定判据判断该系统的稳定性。
程序：num=100;den=[4 22.4 12.2 1]; [z,p,k]=tf2zpk(num,den) figure(1) nyquist(num,den) 结果：z =0 0 0 p =-5.0000 -0.5000 -0.1000 k =25P=0,r=-2 z=2,buwending-2-10123Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-60-40-20204060Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s3 已知系统的开环传递函数为 )11.0)(1(2)(0++=s s s s G（1）绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（2）绘制系统的Bode 图，利用margin 函数求相角稳定裕量和增益稳定裕量，分析系统的稳定性。
程序：z=[];p=[0 -1 -10];k=20; sys=zpk(z,p,k) figure(1) nyquist(sys) figure(2) bode(sys) margin(sys)Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 14.8 dB (at 3.16 rad/sec) , Pm = 31.7 deg (at 1.24 rad/sec)Frequency (rad/sec)4 将思考题（3）中的开环比例系数增大为20，重新绘制系统的Nyquist 图，用放大镜工具放大，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性，分析开环比例系数对系统稳定性的影响。
z=[];p=[0 -1 -10];k=200; sys=zpk(z,p,k) nyquist(sys)Real AxisI m a g i n a r y A x is-400-300-200-1000100200300400Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sReal AxisI m a g i n a r y A x i s5 已知系统的开环传递函数为 )12)(1(14)(20+++=s s s s s G （1）绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（2）绘制系统的Bode 图，利用margin 函数求相角稳定裕量和增益稳定裕量，分析系统的稳定性。
z=-0.25;p=[0 0 -1 -0.5];k=2; sys=zpk(z,p,k) nyquist(sys) figure(2) bode(sys) margin(sys)-20-15-10-505101520Nyquist DiagramReal AxisI m a g i na r y A x i s-3-2-1012Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = -20.6 dB (at 0.354 rad/sec) , Pm = -36.7 deg (at 1.12 rad/sec)Frequency (rad/sec)6 已知系统的开环传递函数为 )15.0(1)(30++=s s s s G （1）绘制系统的Nyquist 图，用放大镜工具放大，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（2）绘制系统的Bode 图，利用margin 函数求相角稳定裕量和增益稳定裕量，分析系统的稳定性。
z=-1;p=[0 0 0 -2];k=2; sys=zpk(z,p,k) figure(1) nyquist(sys) figure(2) bode(sys) margin(sys)152页 有积分环节补充-600-400-200200400600Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-80-60-40-20020406080Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B )10101010-270-265-260-255-250P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf , Pm = -71.1 deg (at 1.09 rad/sec)Frequency (rad/sec)7 已知系统的开环传递函数为 )1506.025001)(15.0()11.0(5)(20++++=s s s s s s G绘制系统的Bode 图，利用margin 函数求相角稳定裕量和增益稳定裕量，并分析系统的稳定性。
-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 28.6 dB (at 47.5 rad/sec) , Pm = 48.6 deg (at 2.94 rad/sec)Frequency (rad/sec)8 设控制系统的开环传递函数分别为: (1) )12)(1(1)(0++=s s s s G (2) 1001)(20+=s s G(3) 20)1(1)(+=s s s G (4) )1001.0)(1005.0()1025.0)(12.0()(20++++=s s s s s s G 分别画出它们的Nyquist 图，并判断闭环系统的稳定性。
如果闭环不稳定，求出位于右半平面的闭环极点的个数。
1z=[];p=[0 -1 -0.5];k=0.5 sys=zpk(z,p,k) figure(1) nyquist(sys)-40-30-20-10010203040Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-15-10-5051015Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s2. sys=tf(1,[1 0 100])figure(1) nyquist(sys)x 104-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sx 105-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s3. z=[];p=[0 -1 -1];k=0.5sys=zpk(z,p,k) figure(1)nyquist(sys)Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s4.z=[-5,-40];p=[0 0 -200 -1000];k=1000; sys=zpk(z,p,k) figure(1) nyquist(sys)-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s9 某系统的开环传递函数为: )1()1()(1220++=s T s s T K s G ，试画出,02=T ,012T T << ,12T T =12T T >这四种情况的Nyquist 图，并判断系统的稳定性。